材料物理化学讲解
材料物理与化学
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在很低和较低的温度时，热容与绝对 温度的三次方成正比。在德拜温度以上， 热容基本不变。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.3.2 声子平均速度与温度的关系
声子速度与弹性模量和密度有关，温度 对它们有影响，但影响不大。可以近似认 为与温度无关。
2.3.3 声子平均自由程与温度的关系
2.4 光子导热机理 较高频率的电磁辐射所产生的导热过程 称为光子导热。 1 pt Cv pt V pt l pt 3
速度和平均自由程不变。热容与温度三 次方成正比，但只有到温度足够时才比较 显著。
3. 各类材料的导热性能
各类材料的导热性能是该种材料中各 种微观粒子导热——分子导热、电子导热、 声子导热和光子导热的总和。所以所有材 料导热系数的通式可表示为：
T>>T*时
3 * 2 3 1 T Cve 1 R 2 6 2 T
其中，T*为自由电子的特性温度
2.2.2 电子平均速度与温度的关系
电子的平均速度依赖于电子的动能。电 子的动能Ee为：
1 2 RT 2 Ee 1 4
2.2.4 电子导热与温度的关系
（1）很低温度 平均速度与温度无关，平均自由程与温 度无关，热容与温度成正比。所以导热系 数与温度成正比。 （2）中等温度 电子运动的平均速度仍为常数，热容也 仍与温度成正，平均自由程与温度成反比。 所以中等温度时导热系数不随温度变化， 接近一常数。
（3）很高温度 电子运动平均速度与温度的平方根成正 比，平均自由程与温度成反比，热容接近一 常数。所以导热系数随着温度增加而略有减 小。
材料物理化学
材料物理化学材料物理化学是研究材料的结构、性质和变化规律的一门学科，它涉及了物理学和化学两个领域的知识。
在材料科学领域中，物理化学的研究对于材料的设计、制备和性能优化具有重要意义。
本文将从材料物理化学的基本概念、研究方法和应用领域等方面进行介绍。
材料物理化学的基本概念。
材料物理化学是研究材料表面、界面及内部结构的物理化学过程的学科。
它主要包括材料的结构与性能、材料的相变规律、材料的表面与界面现象等内容。
材料的结构与性能研究了材料的晶体结构、缺陷结构、晶体生长机理等与材料性能之间的关系；材料的相变规律研究了材料在不同条件下的相变行为和相变动力学规律；材料的表面与界面现象研究了材料的表面活性、表面能、界面扩散等现象对材料性能的影响。
材料物理化学的研究方法。
材料物理化学的研究方法主要包括实验研究和理论计算两种。
实验研究是通过对材料进行各种物理化学性质的测试和分析，来揭示材料的结构与性能之间的关系。
常用的实验手段包括X射线衍射、电子显微镜、原子力显微镜等。
理论计算则是通过建立材料的物理化学模型，利用量子力学、分子动力学等方法，计算材料的结构、能量、振动等性质。
这两种方法相辅相成，共同推动了材料物理化学的发展。
材料物理化学的应用领域。
材料物理化学的研究成果在许多领域都有着重要的应用价值。
在材料制备方面，材料物理化学的研究可以指导材料的合成方法和工艺参数的选择，提高材料的制备效率和性能。
在材料性能优化方面，材料物理化学的研究可以帮助人们理解材料的性能来源，为材料的性能改进提供科学依据。
在材料应用领域，材料物理化学的研究可以拓展材料的应用范围，提高材料的使用寿命和稳定性。
总结。
材料物理化学作为一个重要的交叉学科，对于材料科学的发展和应用具有重要意义。
通过对材料的结构、性能和变化规律的研究，可以为材料的设计、制备和应用提供科学依据，推动材料领域的发展。
希望本文的介绍能够帮助读者更好地了解材料物理化学这一学科，并对材料科学有更深入的认识。
材料物理与化学
材料物理与化学：揭示微观奥秘，推动人类进步导言是一门融合科学，涉及了多个领域的知识，从小到大的颗粒运动到宏观物质的特性变化。
它为人类社会的进步做出了重大贡献，不仅改善了生活品质，也推动了科技发展。
本文将重点探讨的相关概念、应用以及未来的发展趋势。
第一部分：微观世界的奥秘的核心是对微观世界的研究。
在这个级别上，材料的基本组成单元——原子和分子成为了研究的对象。
物理学通过描述和解释原子结构以及其相互作用的规律，揭示了物质的基本性质。
化学则研究了分子结构，反应过程以及新物质的合成。
原子结构的研究首先得益于物理学家J.J.汤姆森和R.A.密立根的发现，他们通过实验证明原子是由带正电荷的原子核和围绕其旋转的电子构成。
这个理论被进一步发展和完善，最终形成了今天我们所熟知的原子模型。
随着技术的进步，科学家们还发现了更多微观粒子的存在，如中子和质子等。
这些发现不仅拓展了我们对物质构成的认知，也为我们理解材料性质的变化提供了更深入的理论基础。
第二部分：材料物理的应用的研究成果在很多领域都有广泛的应用。
顺应时代潮流，我们可以将其中几个研究方向进行简要介绍。
1. 显示技术在现代社会中，我们无处不见各种各样的显示技术。
LED、液晶、OLED等屏幕都依赖于材料物理的研究成果。
通过精确控制材料的物理特性，我们可以制造出高清晰度、高反应速度和节能的显示器件，为人们提供更好的视觉体验。
2. 能源领域随着能源危机的日益严重，寻找替代能源的研究变得尤为重要。
的研究为太阳能电池、燃料电池、光催化剂等领域的发展提供了新的机遇。
通过研究光电材料的性能和光催化反应的机理，我们尝试着开发更高效、更可持续的能源来源。
3. 生物医学的研究也为生物医学的发展做出了巨大贡献。
例如，人工晶体材料的制作让患者重见光明；生物陶瓷、生物医用金属等材料的研究为骨科手术和牙科修复提供了可行的解决方案。
这些应用不仅提高了治疗效果，也改善了患者的生活质量。
第三部分：未来的发展领域仍然有巨大的发展潜力。
《材料物理化学》PPT课件
什么是材料科学？
材料科学是一门以固体材料为研究对象，以固体物理、 热力学、动力学、量子力学、冶金、化工为理论基础的边 缘交叉基础应用学科，它运用电子显微镜、X-射线衍射、 热谱、电子离子探针等各种精密仪器和技术，探讨材料的 组成、结构、制备工艺和加工使用过程与其机械、物理、 化学性能之间的规律的一门基础应用学科，是研究材料共 性的一门学科。
大部分耐火材料是以天然矿石（如耐火粘土、 硅石、菱镁矿、白云母等）为原料制造的。
3. 有机高分子材料（高聚物）
高聚物是由一种或几种简单低 分子化合物经聚合而组成的分子量 很大的化合物。高聚物的种类繁多， 性能各异，其分类的方法多种多样。 按高分子材料来源分为天然高分子 材料和合成高分子材料；按材料的 性能和用途可将高聚物分为橡胶、 纤维、塑料和胶粘剂等。
特种玻璃（亦称为新型玻璃）是指采用精制、高 纯或新型原料，通过新工艺在特殊条件下或严格控制 形成过程制成的一些具有特殊功能或特殊用途的玻璃。
特种玻璃包括SiO2含量在85%以上或55%以下的硅 酸盐玻璃、非硅酸盐氧化物玻璃（硼酸盐、磷酸盐、 锗酸盐、碲酸盐、铝酸盐及氧氮玻璃、氧碳玻璃等）、 非氧化物玻璃（卤化物、氮化物、硫化物、硫卤化物、 金属玻璃等）以及光学纤维等。
复合材料的种类繁多，目前还没有统 一的分类方法，下面根据复合材料的三要素 来分类。按基体材料分类，有金属基复合材 料，陶瓷基复合材料，水泥、混凝土基复合 材料，塑料基复合材料，橡胶基复合材料等； 按增强剂形状可分为粒子、纤维及层状复合 材料；依据复合材料的性能可分为结构复合 材料和功能复合材料。
0.1.2 根据材料的性能分类
功能材料是具有优良的电学、磁学、光 学、热学、声学、力学、化学和生物学 功能及其相互转化的功能，被用于非结 构目的的高技术材料。
材料物理化学
材料物理化学材料物理化学是研究材料的结构、性质和变化规律的科学。
它涉及了材料的组成、结构、性能和应用等方面，是材料科学的重要分支之一。
在材料物理化学领域，我们可以深入了解材料的微观结构与宏观性能之间的关系，从而为材料的设计、制备和应用提供理论指导和技术支持。
首先，材料的物理化学性质是指材料在特定条件下的物理状态和化学反应特性。
材料的物理性质包括热学性质、光学性质、电学性质、磁学性质等，而化学性质则包括材料的化学稳定性、化学反应活性等。
通过对材料的物理化学性质进行研究，我们可以了解材料的基本特性，为材料的选取和设计提供依据。
其次，材料的结构与性能之间存在着密切的关联。
材料的结构包括原子、分子、晶格等微观结构和晶体形貌、晶界、位错等宏观结构。
不同的结构对材料的性能具有重要影响，比如晶体结构的稳定性决定了材料的热学性能，晶界的存在对材料的力学性能产生影响等。
因此，通过对材料结构与性能的研究，我们可以揭示材料性能形成的机制，为材料的改性和优化提供理论依据。
最后，材料物理化学的研究对材料的应用具有重要意义。
通过对材料的物理化学性质、结构与性能的研究，我们可以实现对材料性能的精确调控和优化，从而提高材料的工程应用性能。
比如，在材料的设计和制备过程中，可以根据材料的物理化学性质选择合适的原料和工艺条件，以实现对材料性能的精确控制。
此外，在材料的应用过程中，可以根据材料的结构与性能特点，选择合适的使用条件和环境，以延长材料的使用寿命和提高材料的性能稳定性。
综上所述，材料物理化学是一个重要的交叉学科领域，它不仅关注材料的基本性质和结构特征，还关注材料的应用性能和工程应用。
通过对材料物理化学的研究，我们可以深入了解材料的本质规律，为材料的设计、制备和应用提供理论指导和技术支持，促进材料科学的发展和应用。
物理性能化学性能
• 1.1.1物理性能
• 定义：材料在各种物理条件下表现出来的 性能，包括密度、熔点、导热性、热膨胀 性、磁性等。
1.1.1物理性能• 1Biblioteka 密度。材料单位体积的质量称为密度。
• 2）熔点。金属由固态转变为液态时的温度称 为熔点。
• 3）导热性。导热性是材料传导热量的能力， 用热导率λ来表征。 • 4）导电性。材料传导电流的能力称为导电 性。 • 5）热膨胀性。热膨胀性是指材料在温度变 化时，体积发生膨胀或收缩的性能。
1.2材料的力学性能
• 材料的力学性能是指材料在承受各种外加载 荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变 应力等）时所表现出的力学特征。
• 常用的金属材料力学性能包括强度、硬度、 塑性、刚度、冲击韧性、疲劳强度等。
力－伸长曲线
• 1）弹性形变阶段（oe）。弹性变形是指外 力去除后能恢复的变形。
• 2）微量塑性变形和屈服阶段(es和ss’)。试 样继续发生变形，但除去外力后，只能有 部分变形恢复，而另一部分变形不能消失。 • 3）均匀塑性变形阶段(s’b)。此阶段整个试 样均匀变形，直到b点载荷达到最大值。 • 4）局部塑性变形阶段(bk).b点以后，塑性变 形开始集中在试样某一局部进行，发生颈 缩现象，直至k点断裂。
• 6）磁性。材料能导磁的性能称为磁性。
• 1铁磁性材料 2弱磁性材料 3抗磁性材料。
1.1.2化学性能
• 材料的化学性能是指材料在室温或高温下， 抵抗各种介质化学作用的能力。 • 1）耐腐蚀性。耐腐蚀性是指材料抵抗各种 介质腐蚀破坏的能力。 • 2）抗氧化性。抗氧化性是指材料抵抗高温 氧化的能力。
材料物理与化学
材料物理与化学材料物理与化学是一门研究材料结构、性能和制备过程的学科，通过理论和实验研究，探索材料的物理和化学特性以及其在各个领域中的应用。
材料科学的发展促进了现代工业的进步和科技的发展，对人类社会做出了重要贡献。
1. 材料物理材料物理是研究材料的物理性质和性能的学科。
它主要关注材料的结构、形态、成分以及其在外界条件下的物理行为特性。
例如，材料的导电性、磁性、光学性质等都是材料物理学研究的内容。
材料物理学的发展不仅丰富了我们对材料的认识，还为材料的设计与应用提供了重要的理论依据。
2. 材料化学材料化学是研究材料的化学性质和性能的学科。
它主要关注材料的组成、结构以及其在化学反应中的行为特性。
例如，材料在不同环境下的稳定性、降解性等都是材料化学研究的内容。
材料化学学科的发展使得人们能够通过合成和改性材料来满足不同领域的需求，如电子、医药、能源等。
3. 材料物理与化学的交叉研究材料物理与化学的研究相辅相成，相互交叉。
材料物理学的发展需要材料化学提供各种合成方法，而材料化学的研究也需要材料物理学的支持来解释其中的原理。
通过材料物理与化学的交叉研究，我们可以更加深入地了解材料的性质和行为，为开发新材料以及改进现有材料的性能提供理论指导。
4. 材料物理与化学的应用材料物理与化学的研究成果在各个领域中都有着广泛的应用。
例如，材料物理与化学在电子器件制造中的应用可以改善和提高电子材料的导电性能和稳定性，从而促进电子产品的发展。
在能源领域，材料物理与化学的研究可以用于开发高效的太阳能材料、储能材料等，以解决全球能源紧缺问题。
总结：材料物理与化学作为一门交叉学科，研究材料的结构、性能和制备过程，对现代工业和科技的发展起到了重要的推动作用。
通过深入研究材料的物理和化学特性，可以不断改进材料的性能，满足不同领域对材料的需求，并为人类社会的进步做出贡献。
在未来，材料物理与化学的研究将继续深入，并为各个领域的发展提供新的理论基础和实践应用。
材料物理与化学
材料物理与化学材料物理与化学是物理学和化学的交叉领域，研究的对象是材料的物理和化学性质，并通过探究材料的原子结构、晶体结构、电学、磁学、光学和力学等方面的特性，来探究材料的性能、功能和应用。
材料物理与化学具有重要的理论和实验意义，是新材料研究的基础和核心。
第一章：材料物理概述材料物理研究的是材料的物理性质。
物理学是先进基础学科，通过物理学的研究，我们可以深入了解材料的特性和性质，这些性质包括光学、电子、磁学、热学等。
物理学对新材料的研究非常重要，因为它可以对材料的微观结构和宏观性质进行刻画，为新材料的研究和开发提供基础。
第二章：材料化学概述材料化学研究的是材料的化学性质。
化学是研究物质的结构、性质和变化规律的科学，它提供了材料的组成和化学特性的信息。
化学结构对材料的性质和性能产生很大的影响，并且它也是制备出新材料的重要基础。
第三章：材料的基本性质材料的基本性质是温度、压力、密度、热容、热导率、导电率、热膨胀系数、抗磨性等物理化学性质，这些性质是材料在使用中必须了解的性质。
针对这些性质的研究可以进一步探究材料的应用范围和性能。
第四章：材料的物理性质材料的物理性质包括结构、相变、光学、磁学、声学、电学、力学等方面的性质。
这些性质对材料的应用和开发具有重要的意义。
第五章：材料的化学性质材料的化学性质包括化学反应、催化性质、化学表面反应、化学吸附、氧化还原等方面的性质。
这些性质在材料制备、改性和应用中起着重要的作用。
第六章：材料的组织结构材料的组织结构是材料多种性能的基础，它包括晶体结构、非晶固态和化学组成等方面。
通过分析材料的组织结构可以为其后续的应用和开发提供基础。
第七章：新材料的研究和应用新材料是材料科学的重要方向，也是经济社会发展的关键领域。
新材料通常具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于先进制造和科技领域。
常见的新型材料有纳米材料、超导材料、生物材料、钙钛矿材料等。
综上所述，材料物理与化学是一个复杂而重要的学科，对于新材料的研究和应用具有重要的意义。
材料的物理性能与化学性能
电性能：导电率、介电性能、电致伸缩、铁电效应磁性能：磁导率、磁化强度、抗磁性、顺磁性等光性能：连续光谱、特征谱线热性能：热容、热膨胀系数、热导率等材料在外电场中的响应特性。
导电性能，介电性能（1）导电性能：材料传导电流的能力。
常以电导率σ表征。
导电性能主要取决于材料原子结构、显微组织及环境等。
（2）介电性能：在电场作用下，材料在其中无电荷流动时对电场表现出的响应特性。
这种响应主要是材料的极化（材料中束缚正、负电荷中心的分离以及原有永久电偶极子沿外电场的定向排列）未加外电场，偶极子随机排列外电场下，偶极子定向排列介电性能的两个指标介电常数：(真空电容率)K =ε(材料电容率)/ ε表征材料极化和储存电荷的相对能力。
与材料成分、温度、电场变化频率等有关。
介电强度：介电材料不被击穿的最大电场强度。
介电体：期望介电常数高，介电强度高。
电绝缘体：期望介电常数低，介电强度高。
（3）压电效应与电致收缩现象压电效应:某些电介质受外力作用而发生变形同时内部产生极化而产生电势的效应。
压电体。
电致伸缩现象:电介质受外电场作用而内部极化同时产生变形的现象。
（4）铁电效应与铁电体铁电效应：一些压电体材料通过外电场极化后，除去电场仍保留一定剩余极化的现象。
铁电体：具有铁电效应的介电体材料。
加外电场前，电偶极子随机排列加外电场，电偶极子被迫定向排列去外电场，电偶极子保留部分定向排列2）磁性能材料对磁场的响应特性。
磁化强度，磁导率，剩磁，矫顽力等。
磁化：物质中的磁偶极子在磁场作用下沿外加磁场排列的现象。
依据不同物质磁化情况的不同，物质可以分为：外加磁场 H （1）抗磁性：在外加磁场中，产生与外加磁场反向的磁场，如Zn、Ag等。
磁偶极子（2）顺磁性：在外加磁场中，产生与外加磁场同向但微弱的磁场（微弱磁化）。
如稀土金属等。
外加磁场 H 磁偶极子（3）铁磁性: 在外加磁场中，产生与外加磁场同向且很强的磁场（强磁化）。
如铁、镍、钴等。
材料物理化学
材料物理化学（非金属材料部分）第一章材料电化学与光化学（1学时）1．电解、电镀、腐蚀、电铸、电化学抛光、放电腐蚀、蒸汽镀；电解电镀电铸：电镀原理腐蚀，利用：如船底阳极保护、金属电镀前酸洗电化学抛光：本质上是腐蚀电化学磨削放电腐蚀（电蚀）：用于橡塑制品印刷和电镀前表面处理蒸汽镀：主要用于高分子材料表面复合一层金属2．压电材料、光电材料（光致发光/电、电致发光、光/电致变色）；压电材料：特种高分子材料，压力下产生电荷（正电或负电），对外显示正负极，两极接通会放电；原理是电荷暂时转移，压力移除电荷恢复原位；光电材料：光电能量转换光致发电/光电致发光、光/电致变色3．光化学的应用；聚合物的合成与化学改性反应（激光、X光、核辐射）第二章陶瓷、水泥、玻璃、石膏的基本特性（0.5学时）1、陶瓷：狭义，广义2、水泥：无机高分子硅酸盐3、石膏4、玻璃：无机小分子熔结而成的材料，主要成分二氧化硅，结晶、透明。
第三章材料表面物理化学（0.5学时）1．表面自由能、表面相；表面自由能：增大表面积的能力表面相：热力学严格的定义上将一般用吉布斯分界表面模型来描述。
吉布斯把有一定厚度的某个实际表面相换成没有厚度的几何学表面，将这种情况下的各种热力学参量定义成表面过剩量。
2．材料表面和内部受外界影响的难易程度温度影响、压力影响、光线影响、高频波影响、其它物质影响（如水、溶剂等）3．材料表面和内部受发生化学反应的难易程度；微观、宏观第四章材料激发化学（1学时）1．等离子体；核物理学范畴，称为物质第四态2．等离子体化学；特征：反应过程低温化、高效率；易于转化为基团；等离子体固体表面的相互作用应用：制备无机粉末，金属板切割，等离子体蚀刻; 溅射成膜和离子镀; 等离子体化学气相沉积，金属表面改性; 等离子体聚合等离子体聚合是指有机单聚物的单种气体，或者单聚物与其它气体的混合气体感应辉光放电后，由生成的激发单体在基板上制备聚合膜的方法3．核辐射对非金属材料的影响及应用影响：对无机物、有机物（植物、动物、高分子材料），在不同辐射等级情况4．光化学的应用；1）短波光源、2）学气相沉积、3）光激发蚀刻、4）激光制备超细粉、5）烧蚀5．紫外光对聚合物的影响第五章聚合反应的特征与分类（2学时）1．逐步聚合的特征：（1）、相对分子质量随转化率的增高而逐步增大；（2）、在高转化率下才能生成高相对分子质量的聚合物。
材料物理与化学
材料物理与化学材料物理与化学（Material Physics and Chemistry）是一门研究材料的结构、性质和变化规律的科学学科，是物理学和化学学科的交叉领域。
它从微观和宏观两个层面上研究材料的性质和行为，对于材料的制备、加工、性能改善和应用开发具有重要意义。
材料的基本性质包括力学性质、热学性质、电学性质、光学性质、磁学性质等，而材料的行为包括材料的结构与相变、固态反应动力学、材料的力学变形以及材料与环境中的相互作用等。
这些属性和行为的研究可以帮助我们更好地理解和掌握材料的特性，进而进行材料的设计、合成与制备。
材料物理与化学的关键概念包括晶体学、材料缺陷、晶体结构与性能、材料的电子结构、材料的表面与界面性质、材料的热力学性质等。
例如，晶体学研究晶体的结构与性质，通过分析晶体的晶格结构可以了解其物理和化学性质。
而材料的电子结构研究材料中电子行为与结构和性能之间的关系，可以指导我们设计具有特定电子特性的材料。
材料物理与化学的研究方法主要包括实验研究和理论模拟两种。
实验研究通过制备和测试材料的方式来揭示材料的性质和行为规律，例如使用X射线衍射或透射电子显微镜等技术来研究材料的结构和相变。
理论模拟则通过数学模型和计算方法来预测材料的性质和行为，例如通过量子力学计算来预测材料的电子结构。
材料物理与化学的研究对于材料学科发展和实际应用具有重要意义。
它不仅可以深入了解材料的特性，还可以帮助我们设计新材料、改进旧材料，提高材料的性能和可靠性，开发出更好地满足社会需求的材料。
例如，通过研究材料的电学性质，可以发展出新型的电子器件；通过研究材料的力学性质，可以设计出更轻、更坚固的材料。
同时，材料物理与化学的研究也可以帮助我们解决环境问题，例如研究材料在环境中的稳定性，以及材料与污染物的相互作用等。
总之，材料物理与化学是一门重要的科学学科，它研究材料的结构、性质和变化规律，对于材料的制备、加工、性能改善和应用开发具有重要意义。
《材料物理化学》课程知识要点
《材料物理化学》课程知识要点1．高分子的聚集态结构是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构，高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构。
2．宏观量子隧道效应：当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒, 微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。
一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦具有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。
3．竟聚率：单体自聚和共聚反应速率常数之比, 表示某一结构单元结尾的活性链与其自身单体加成反应的速率常数与另一单体加成反应的速率常数的比值。
4．久保理论：由于超微粒子中原子数的减少，使得能带汇总能级间距加大，变为不连续能级，金属超微粒子的电子能级具有像孤立原子中的能级不连续性。
高分子的聚集态结构是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构，高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构。
5．杠杆定律：在金属学中用来计算相图上两相区的相或组织组成物相对数量的定律。
由于形式上与力学中杠杆定律十分相似，故称为杠杆定律6．非晶(non-crystal)、准晶(quasi-crystal) 和介晶：非晶固体是指内部原子缺乏周期性排列的固体，如玻璃、松香等。
准晶是内部结构介于晶体和非晶之间的一种新状态，其内部结构具有长程有序，但不具有晶体结构的平移周期性。
介晶是纳米晶体的取向超结构，是从非球形结晶的建筑单元形成的新型胶体晶。
7．反斯托克斯效应: 气态自由原子吸收了光源的特征辐射后，原子的价电子跃迁到较高能级，然后又跃迁返回基态或较低能级，同时发射出小于光源激发辐射的波长的荧光，称为反斯托克斯效应。
8．肖特基缺陷：正常晶格上的原子迁移到晶体表面，在正常结点上留下空位。
9．本征扩散：空位来源于晶体结构中本征热缺陷而引起的质点迁移。
10．烧结：粉体在一定温度作用下，发生团结，使气孔率下降，致密度提高，强度增大，晶粒增长，这种现象即为烧结。
11．非化学计量缺陷化合物指偏离正常化学计量的化合物。
材料学 材料物理与化学
材料学材料物理与化学材料学、材料物理与化学是研究材料的重要分支，它们在日常生活中的应用非常广泛，包括但不限于建筑、道路、电子产品、航空航天、医疗设备等领域。
下面将从材料学基础、材料物理和化学三个方面对其进行介绍：一、材料学基础材料学是研究材料结构、性能和加工成形的学科。
材料学的基础涉及到结构材料和复合材料两大类。
结构材料主要包括金属材料、聚合物材料和陶瓷材料，而复合材料是由两种或两种以上材料组成的，常见的是纤维增强复合材料。
在材料学中，还有几个重要的指标需要了解，包括强度、刚度、硬度和韧性。
强度是指材料的抗拉、抗压、抗弯等能力，其值越大，代表材料越坚固。
刚度是指材料对形变的抵制能力，硬度是指材料对外部物体的抵制能力，而韧性是指材料对外部冲击和撞击的承受能力。
二、材料物理材料物理是研究材料物理性质及其实验研究方法的学科。
它涉及到了电学、热学、磁学和光学等方面。
例如，在电学中，我们研究材料导电性、电阻率、介电常数和磁化率等指标，这些指标对电子产品的设计和制造有着重要的影响。
在热学中，我们研究了材料的热导率、比热容和膨胀系数等指标。
这些指标对于治疗疾病的设备设计和生产也起到了重要的作用。
三、材料化学材料化学是研究材料的组成、结构和反应规律等方面的学科。
它涉及到了材料合成、材料表面处理和材料修饰等各个方面。
例如，晶体管、太阳能电池等产品的制造就需要材料化学的知识作为支撑。
材料化学是将化学和材料科学的理论结合起来的一门学科，其学科交叉的性质为材料科学的发展做出了巨大的贡献。
除此之外，材料化学还推动了材料生产的绿色化，促进了工业生产的可持续发展。
总之，材料学、材料物理与化学是我们日常生活中十分重要的一部分。
通过深入研究材料结构、性质和加工成形的过程，我们能够更好地理解材料的性质与应用，从而为我们的科技进步和社会发展带来更多潜力和可能性。
材料的物理性能与化学性能
二、材料的物理性能与化学性能1、物理性能物理性能是指材料固有的属性，金属的物理性能包括密度、熔点、电性能、热性能、磁性能等。
（1）密度：密度是指在一定温度下单位体积物质的质量，密度表达式如下：ρ= m/V3式中ρ——物质的密度（g/cm ）；m ——物质的质量（g）；3V- ——物质的体积（cm ）。
常用材料的密度（20℃）材料铅铜铁钛铝锡钨塑料玻璃钢碳纤维复合材料密度118.9 7.8 4.5 2. 7. 19 0.9~2 2.0 1.1~1.63/[g/cm ] .37 28 .3 .2密度意义：密度的大小很大程度上决定了工件的自重，对于要求质轻的工件宜采用密度较小的材料（如铝、钛、塑料、复合材料等）；工程上对零件或计算毛坯的质量也要利用密度。
（2）熔点：是材料从固态转变为液态的温度，金属等晶体材料一般具有固定的熔点，而高分子材料等非晶体材料一般没有固定的熔点。
常用材料的熔点铝合材料钨钼钛铁铜铝铅铋锡铸铁碳钢金熔点338 / ℃0263167715381083660.1327271.3231.91279~11481450~1500447~575熔点意义：金属的熔点是热加工的重要工艺参数；对选材有影响，不同熔点的金属具有不同的应用场合：高的熔点金属（如钨、钼等）可用于制造耐高温的零件（如火箭、导弹、燃气轮机零件，电火花加工、焊接电极等），低的熔点金属（如铅、铋、锡等）可用于制造熔丝、焊接钎料等。
（3）电阻率：电阻率用ρ 表示，电阻率是单位长度、单位截面积的电阻值，其单位为Ω.m。
电阻率的意义：是设计导电材料和绝缘材料的主要依据。
材料的电阻率ρ 越小，导电性能越好。
金属中银的导电性最好、铜与铝次之。
通常金属的纯度越高，其导电性越好，合金的导电性比纯金属差，高分子材料和陶瓷一般都是绝缘体。
导电器材常选用导电性良好的材料，以减少损耗；而加热元件、电阻丝则选用导电性差的材料制作，以提高功率。
（4）导热率：导热率用导热率λ表示，其含义是在单位厚度金属，温差为1℃时，每秒钟从单位断面通过的热量。
材料物理与化学
材料物理与化学材料物理与化学是研究材料的结构、性能和制备方法的学科。
它涵盖了材料的物理性质、化学性质以及材料的特有特性研究等方面。
材料物理与化学是现代科学技术的重要基础，对于促进材料科学发展和推动技术创新具有重要意义。
本文将从材料物理与化学的定义、研究内容以及应用领域等方面进行介绍。
材料物理与化学是一门综合性的学科，它研究的对象包括金属材料、非金属材料、高分子材料等。
材料物理的研究内容主要包括材料的结构、热力学性质、电磁性质、光学性质以及材料中微观粒子的运动等方面。
而材料化学则着重于材料的化学成分、化学键的形成、材料的化学反应等方面。
两者相辅相成，通过研究材料的结构和性质，可以理解材料的特性及其变化规律，从而指导材料的制备与应用。
材料物理与化学的研究内容十分广泛，其中包括材料的结构研究、材料制备、材料性能测试以及材料表征等方面。
研究材料的结构可以通过实验手段如X射线衍射、电子显微镜等技术进行，同时还可以借助计算机模拟的方法，以了解材料的微观结构以及结构参数对材料性能的影响。
材料制备是将理论研究转化为实际的材料产品的过程，通过选择合适的合成方法和工艺条件，可以获得具备特定性能的材料。
材料性能测试和材料表征是对材料性质进行定量和定性研究的重要手段。
通过对材料的物理性质、化学性质以及材料中微观结构的表征，可以揭示材料的性能特点及其变化规律。
材料物理与化学的研究对于科学技术和实际应用都具有重要意义。
在科学研究方面，材料物理与化学为其他学科提供了基础，尤其在材料科学、能源领域以及生物医学等方面具有重要地位。
在材料科学领域，研究材料的结构和性能可以开发新材料，改进材料的性能，提高材料的使用寿命。
在能源领域，材料物理与化学为研究新型能源材料、可再生能源材料提供了理论依据和实验基础。
在生物医学领域，材料物理与化学为研发新型生物材料、仿生材料提供了理论指导。
在工程技术领域，材料物理与化学研究为新材料的开发和应用提供了技术支持，推动了工程技术的进步。
材料物理化学
材料物理化学材料物理化学是研究材料的性能、结构与变化的学科，主要研究材料的物理性质、化学性质以及二者之间的相互关系。
材料物理化学在材料科学与工程领域起着重要的作用，它可以为新材料的设计和合成提供重要的理论指导，同时也可以提供新材料性能优化的方法和途径。
材料物理化学的研究内容主要包括以下几个方面：1. 材料的结构：材料的结构是材料性能的基础，了解材料的结构对于探究材料的物理化学性质具有重要意义。
材料物理化学通过使用各种不同的技术手段，如X射线衍射、电子显微镜等，研究和分析材料的晶体结构、晶格参数以及晶体缺陷的性质和影响。
2. 材料的力学性能：材料的力学性能是材料的重要性能之一，包括材料的强度、韧性、硬度等。
材料物理化学通过研究和探索材料的结构与组分之间的关系，以及外部力对材料的影响，来揭示和优化材料的力学性能。
3. 材料的电学性能：材料的电学性能是指材料对电流和电场的响应能力，包括导电性、介电性等。
材料物理化学通过研究材料的电子结构、载流子的能带结构和迁移特性，来揭示和改进材料的电学性能，如提高导电性、改变材料的介电性能等。
4. 材料的化学反应性：材料的化学反应性是指材料对施加在其上的外部化学反应的响应能力，包括催化性能、氧化性能、还原性能等。
材料物理化学通过研究材料的晶格结构、表面性质、电子结构等来揭示和优化材料的化学反应性能，如改变材料的催化性能、提高材料的抗氧化性能等。
材料物理化学的研究对于新材料的合成和应用具有重要的意义。
它可以为新材料的设计提供理论指导，并通过调控材料的结构和组分，以及使用特定的制备工艺来控制材料的性质。
通过材料物理化学的研究，可以提高材料的性能、扩展材料的应用范围，并促进材料科学与工程的发展。
材料物理与化学
材料物理与化学（080501）材料物理与化学是在分子、原子、电子层次上研究材料的物理和化学行为规律。
通过材料的成分、制备（合成）技术、组织结构、微结构、相组成和相丰度研究，探索材料内在的物理化学特性，实现材料的特殊功能，研究开发新材料、新工艺和相关器件。
学科主要研究方向有：1．磁性材料及其检测主要研究各种磁性材料宏观磁性与微观结构的关系，研究制备工艺与材料性能的关系，研究磁性材料制备新技术和新方法等。
磁性材料包括烧结钕铁硼磁体，粘结钕铁硼磁粉、钐钴磁磁体，钕铁硼磁体表面涂覆技术，特种形状磁体制备技术，复合型永磁体制备技术、铁氧体永磁材料、铁氧体软磁材料、金属软磁材料、非晶及纳米晶磁性材料、粉芯材料，以及各种磁性功能材料等的研究工作。
同时开发新型磁性元器件，开展磁性测量方法及标准化方面的研究工作。
研究企业大生产过程中的各种实际问题及提高产品质量的途径和方法。
2．纳米材料及薄膜材料薄膜材料的研究，着重于敏感和智能薄膜材料，特别是可作为磁场源的永磁和具有巨磁电阻（GMR）效应的磁性薄膜的制备、表征和应用研究。
磁性薄膜的研究内容由二部分组成。
第一部分研究磁性金属（Ni，Fe，Co基二元或多元合金等）薄膜。
研究薄膜的电学、磁性和光学性质，及其生长条件与结构的相关性。
第二部分是研究具有隧道磁电阻（TMR）的磁隧道结（MTJ）和自旋阀等磁性多层膜的巨磁电阻效应，重点使通过采用新的材料和新的构型，来提高多层膜在室温下的磁电阻和工作稳定性。
3．新能源材料与电源研究开发贮氢合金，锂离子电池正极材料，空（氧）气电极材料，研究动力Ni/MH电池、锂离子电池、锌－空气电池等制备技术，开发新型隔膜材料，研究电池生产质量控制技术等，同时从理论上研究分析电池工作的影响因素，开拓新型化学电源。
4．光电发光材料与器件主要研究激光晶体、玻璃材料、氧化物发光陶瓷材料、半导体发光材料和压电陶瓷、微波介质陶瓷等各种光电功能材料的制备、宏观性能与微观结构的关系、激光材料的离子间互作用、材料设计等方面的理论。
材料化学与物理
材料化学与物理材料化学与物理研究的是材料的基本构成与性质，包括其化学组成、结构、性质、制备方法及应用。
它是现代材料科学的重要分支，对工业生产与科学研究有着重要的影响。
本文将介绍材料化学与物理的基本概念和应用。
材料的基本构成和结构材料的基本构成和结构是材料学中研究的基本问题。
材料可以被看作是由原子、分子和离子组成的，并且通过化学键结合在一起。
材料可以分为晶体、非晶体和多晶体。
晶体材料的结构具有周期性，是由阵列在一起的原子、分子或离子组成的。
非晶态材料的结构是无序的，在一定程度上类似于液体或玻璃。
材料的性质材料的性质是由其构成和结构决定的。
材料的物理性质包括弹性、硬度、电导性、磁性、光学性质等。
材料的化学性质则涉及其与其他物质之间的反应，包括氧化、还原、酸碱中和、亲电性等。
材料的性质和应用有密切关系，例如金属可以用于建筑和制造汽车，而陶瓷常常用于制造厨具和医用器具。
材料制备材料制备是指利用化学、物理、机械等方法将原材料转化成所需的材料。
通常，这包括研究材料的不同制备方法、制备过程中的反应机制，以及材料的纯度和晶体结构等方面的研究。
材料制备方法可以分为物理制备和化学制备两种。
物理制备方法是指直接对原材料进行加工，如挤压、烧结、拉伸等。
化学制备方法则是通过一系列的化学反应来制备材料，如气相沉积、电化学沉积、溶胶-凝胶法等。
应用和发展材料化学与物理的应用非常广泛，涉及到制造业、能源、环境保护、医药等方面。
最新的研究趋势是利用纳米技术来制备新型材料，这些材料具有很多传统材料不具备的性质，例如高强度、高韧性、高电导性等。
通过结合不同的材料，还可以制备出新材料，例如金属陶瓷、复合材料等。
总之，材料化学与物理研究着重于材料的基本构成、结构和性质，以及它们与制备、应用之间的关系。
随着科技的发展，这一领域也在不断地发展和完善。
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3.1 钢液洁净度与过冷度的关系
过冷度/K
55
45 35
25
15 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030
氧含量/%
氧化铝 氧化硅
图1 氧含量与过冷度的关系
本实验所用原料为电解
纯铁，除氧外其它元素均为 恒量，脱氧后铁液中的杂质 主要为氧化物夹杂。因此， 氧含量可以代表其洁净度。 可见：随氧含量的增加，铁 液洁净度下降，过冷度亦下 降 。洁净度越高 ， 过冷度就 越大。
3.4 钢液洁净度与临界晶核半径的关系
临界晶核半径是指在凝 固过程中恰好能形成稳定晶 核的晶核半径。结果根据图4 可 见 ： 随着洁净度的提高 ， 临界晶核半径减小。在其它 条件相同时 ， 临 界 晶 核 半 径 减小使可长大的晶胚增多， 凝固组织中晶粒数量增加， 晶粒细化。从而使金属的强 度和韧性都得到提高。
3 结果与讨论
试样 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11#
表2 试样的氧含量与过冷度
脱氧剂
氧含量/%
0.020 0.022 0.029 Al 0.025 0.015 0.010
0.0081
0.010
Si
0.013
0.014
0.012
T / K
46.1 37.8 19.7 24.6 44.5 51.1 57.8 47.2 46.1 30.2 49.1
3.3 钢液洁净度与形核功的关系
形核功是指形成一个晶核 体系所需要克服的能量。形核 功越小，凝固越容易。由图3 可 见 ， 铁液凝固时洁净度越低 ， 其形核功就越大。这是因为洁 净度低时，过冷度小，所需要 的形核功增大。反之，洁净度 越高 ， 形核功就越小 ， 就越容 易形成晶核。
图3 氧含量与形核功的关系
图4 氧含量与临界晶核半径的关系
4 结论
1.随着氧含量的减小，铁液的洁净度增加，其过冷度和 所需形核驱动力随之增大，也就是在相同冷却速度下， 氧含量越低，铁液开始凝固的温度越低。 2.铁液洁净度越高，形核功越小，临界晶核半径亦越小 越容易形成晶核。
3.2 钢液洁净度与形核驱动力的关系
图2 氧含量与形核驱动力的关系
在本实验条件下，铁液中的夹
杂物主要是铝、硅的脱氧产物氧化 铝和氧化硅。从图2可以看出，随 着洁净度的提高，铁液凝固形核的 驱动力逐渐增加。这是因为洁净度 的提高使得过冷度增大，从而使得 形核驱动力增加。在相同的洁净度 条件下，夹杂物类型不同时凝固所 需的形核驱动力也不同。初生晶核 与形核质点之间的润湿角越小，铁 液越容易凝固，它所需要的形核驱 动力也就越小。
1.1 形核半径与形核功
系统总的自由能变化
ΔG ΔGV ΔGs ΔGm V A （1）
球形晶核自由能
G
Gm
4r 3
3
4r 2
（2）
临界晶核半径
均质最大形核功
r* 2
ΔGm
G*
16 3
3Gm2
（3） （4）
非均质最大形核功
G*
16 3
3Gm2
f
其中
f 1 2 3cos cos3 4
（5） （6）
1.2 凝固热力学驱动力
单位体积自由能计算公式
ΔGm H m TSm
当T TGm
Hm Tm
T
（7）
（8） （9）
表1 铁的各项物性参数
金属 熔点Tm（K） 凝固潜热 H m (kJ mol 1) 熔化熵Sm /(J mol 1 K 1) 固、液面张力 /(J m2 )
洁净度对钢液形核影响的热力学研究
热力学
过冷度
热力学驱动力
形核功
临界晶核半径
研究目的
探究钢液形核过程中洁净度与形核半径、形核功 以及热力学驱动力的联系，为高洁净钢连铸细晶技术 提供相关理论依据，
研究过程
理论分析
实验
结果与讨论
结论
1 理论分析
对于钢铁材料，洁净度主要是指钢铁材料 中杂质含量的多少。杂质含量越低, 钢铁材料的 洁净度就越高。钢铁材料中的杂质主要包括氮、 氢、氧、硫、磷、碳及其化合物和各种夹杂物 等。实际生产过程中，钢液以非均质形核方式 凝固，钢中的异质质点作为形核核心，其数量、 性质等会对凝固过程的热力学参数如过冷度、 形核率等产生影响。
2.2 差热分析
通过超高温DTA测定试验样品的熔化温度 和凝固温度，测定条件为99.999%的氩气氛， 升温速度2℃/min，降温速度20℃/min。采用 测定的熔化终了的温度和凝固的开始温度之差 作为试样的过冷度。
差热分析仪的结构如上图所示。一般的差热分析装置由加热系统、温度控 制系统、信号放大系统、差热系统和记录系统等组成。有些型号的产品也 包括气氛控制系统和压力控制系统。
Fe
1809
15.2
8.4
0.254
2实 验
2.1 高温熔化实验
使用电解纯铁作为实验原料，利用连续高温钼 丝炉进行加热，将装有电解纯铁的Al2O3坩埚放入钼 丝炉内加热，通氩气保护。并通过Pt-PtRh10热电偶 配合温度控制仪控制钼丝炉的温度，将铁料加热至 1600℃熔化后，加脱氧剂铝，硅进行脱氧。保温 10min，然后随炉冷却，熔炼后得到试样。经过加 工清洗，最后利用红外吸收法分析氧含量。